1.Геоінформа́тика — наукова дисципліна, яка охоплює низку наукових напрямів, пов'язаних з вивченням геопростору, як цілісної системи з її властивостями, способом відображення та автоматичного опрацювання інформації на ЕОМ.
Геоінформатика вивчає принципи, технічні та програмні засоби і технологію отримання, накопичення, передавання та опрацювання просторової інформації і формування на цій основі нових уявлень про світ.
Геоінформатика виникла на стику наук про Землю (географія, геологія та ін.), наукових дисциплін (картографія, фотограмметрія, дистанційне зондування Землі) та комп'ютерної інженерії (комп'ютерна графіка, бази даних, автоматизоване розпізнавання образів).[1]
Геоінформатика тісно пов'язана з цифровим (комп'ютерним) моделюванням Згідно з міжнародним стандартом ISO OSI/TC 211: Geographic Information/ Geomatics, International Draft Standart геоінформатика спрямована на розвиток методів і концепцій інформатики для дослідження просторових об'єктів і явищ.
2. Геоінформатика - наука, технологія і виробнича діяльність по науковому обґрунтуванню, проектування, створення, експлуатації та використання географічних інформаційних систем, з розробки геоінформаційних технологій, за додатком ГІС для практичних і наукових цілей.
тільки геоінформаційні технології дають можливість практичного здійснення просторового моделювання процесів енергомасообміну в природних і природно-господарських територіальних системах, що дозволяє врахувати всю складність їх просторової диференціації. Характеризуючи перспективи, які відкриває геоінформатика в дослідницькій, виробничій і освітній діяльності в географії, не можна забувати про те, що, по-перше, будь-які технології (у тому числі і геоінформаційні) вимагають обґрунтованого використання, а, по-друге, результати цього використання повинні бути верифікованими (тобто такими, що можуть бути перевіреними).
3. Під “даними” розуміють сукупність фактів, які представлені у якому–небудь формалізованому вигляді для їх використання в науці або інших сферах людської діяльності.
Стосовно до характеристики нашої сфери “дані” можна розглядати і визначати в трьох контекстах: поза автоматизованим середовищем використання, всередині його і в середовищі ГІС. В перших двох контекстах під “даними” розуміються або факти, деякі відомі речі, або повідомлення підготовлені для комп’ютерної обробки. Під “даними” у середовищі ГІС розуміють “речі відомі про об’єкти реального світу; результати спостережень і виміри цих об’єктів”. Елементи даних містять три головних компоненти : атрибутивні зведення, які описують сутність, характеристики, перемінні, значення і тому подібні його кваліфікації; географічні дані; часові зведення, що описують момент або період часу, що репрезентують елемент даних.
Інформація – одна із властивостей предметів, явищ, процесів об’єктивної реальності, створених людиною автоматизованих систем управління, що полягає в здатності сприймати внутрішній стан і вплив довкілля, передавати зведення (повідомлення) і нагромаджені дані іншим предметам, явищам, процесам. Дані – це атрибут інформації, що визначає факти, поняття, інструкції, які представлені в умовній формі, зручної для пересилання, інтерпретації і обробки людиною або автоматичним засобом. Одночасно інформація – це зміст, що вкладається людиною в дані на основі відомих узгоджень, що використовуються для їх представлення.
“Знання” у філософському їх розумінні – відображення семантичних аспектів географічної реальності у мозку людини або навіть в технічній системі. Відмітимо також прояв відмінностей між даними, інформацією і знаннями в технічних системах. Так, спочатку появились банки даних, пізніше оформились географічні інформаційні системи і, наприкінці, появились системи, засновані на знаннях, – інтелектуальні системи.
4. Просторóві дáні (англ. Spatial Data) — будь-який тип даних, що включає формальну просторову прив'язку — як наприклад, геодезична мережа. До цієї категорії відносять як дані дистанційного зондування, так і інформація з карт.
Кожен просторовий об'єкт у базі геоданих містить форму (геометрію) і може існувати сам по собі, на противагу моделі даних покриття, де полігони моделюються у виді наборів дуг і точок. Здатність збереження геометрії простого об'єкта (такого як полігон ділянки) є однією з переваг моделі бази геоданих, оскільки кожен просторовий об'єкт завжди доступний для відображення й аналізу.
Можливості, що надаються користувачу ГІС:
· робота з картою (переміщення і масштабування, видалення і додавання об’єктів);
· друк в заданому виді будь-яких об’єктів території;
· виведення на екран об’єктів певного класу;
· виведення атрибутивної інформації про об’єкт;
· обробка інформації статистичними методами і відображення результатів такого аналізу безпосереднім накладенням на карту
У ГІС просторові дані представляються із застосуванням двох моделей: векторної та растрової.
Векторна модель містить інформацію про точки, лінії, контури та поверхні, яка кодується і зберігається у вигляді набору координат X, У. Місцеположення точки (точкового об’єкта), наприклад джерела емісії забруднювальних речовин, описується парою координат X, У. Лінійні об’єкти, такі як річки, дороги або трубопроводи, зберігаються як набори координат Х, У. Полігональні об’єкти, такі як земельні й лісові ділянки, зберігаються у вигляді замкненого набору X, У. Рельєфи, що є основою 3D-поверхневих карт, подаються наборами координат X, У. Векторна модель зручна для опису дискретних об’єктів і неефективна для опису об’єктів із неперервним характером зміни властивостей, таких як типи ґрунтів, види рослинності тощо.
Растрова модель є оптимальною для роботи з об’єктами, що мають безперервний характер зміни властивостей. Растрове зображення складається з окремих елементарних комірок, кожна з яких характеризується певним значенням. Цей спосіб представлення даних широко використовується для аерокосмічних знімків.
5. Геоінформаці́йна систе́ма — сучасна комп'ютерна технологія, що дозволяє поєднати модельне зображення території (електронне відображення карт, схем, космо-, аерозображень земної поверхні) з інформацією табличного типу (різноманітні статистичні дані, списки, економічні показники тощо). Також, під геоінформаційною системою розуміють систему управління просторовими даними та асоційованими з ними атрибутами. Конкретніше, це комп'ютерна система, що забезпечує можливість використання, збереження, редагування, аналізу та відображення географічних даних.
За територіальним поділом ГІС поділяються на глобальні ГІС, субконтинентальні ГІС, національні ГІС частіше мають статус державних, регіональних ГІС, субрегіональних ГІС та локальних або місцевих ГІС.
ГІС розрізняють за предметною областю інформаційного моделювання, наприклад, міські ГІС, або муніципальні ГІС, природоохоронні ГІС. Найпоширенішими ГІС — земельно-інформаційні системи. Проблема орієнтації ГІС визначається розв'язуваними задачами в ній, серед них інвентаризація ресурсів (в тому числі кадастр), аналіз, оцінка, моніторинг, управління і планування, підтримка прийняття рішень. Інтегровані ГІС, ІГІС (integrated GIS, IGIS) поєднують функціональні можливості ГІС і систем цифрової обробки зображень (даних дистанційного зондування) в єдиному інтегрованому середовищі.
6. Виходячи з високого ступеня міждисциплінарності ГІС, в основу класифікації можна покласти такі групи ознак:
за призначенням - цільове використання та характер задач, що вирішуються;
за проблемно-тематичною орієнтацією - сфера застосування;
за територіальним охопленням - розмір території, що представлена в базі геопросторових даних;
за переважним способом організації геопросторових даних — формати введення, зберігання, обробки і відображення географічної інформації;за ступенем доступу та використання геопросторових даних - рівень інформаційних мереж, в середовищі яких функціонує система (від глобальних до локальних обчислювальних мереж - ЛОМ).
7. Геоінформаці́йні техноло́гії — ГІС-технології — технологічна основа створення географічних інформаційних систем, що дозволяють реалізувати їхні функціональні можливості.
Сучасні тенденції інформатизації в багатьох сферах суспільної діяльності не обминули і сферу управління охороною природного середовища і екологічної політики. Складовою інформаційного середовища, яке забезпечуватиме обґрунтоване прийняття рішень в цих галузях є географічна інформація. Геоінформаційні технології (ГІТ), що мають справу з географічно координованою інформацією надають широкі можливості аналізу цієї інформації та представлення її у зручному для користувача вигляді: карт, серій карт, атласів, графіків, діаграм, профілів тощо. На основі ГІТ зручно створювати і використовувати бази даних екологічної тематики з метою забезпечення діяльності в сферах економіки природокористування, екологічного менеджменту, вирішувати широке коло задач, пов'язаних з оцінкою екологічної ситуації та планування природоохоронних заходів
8. Просторова (картографічна) інформація є основою інформаційного блока ГІС, тому способи її формалізації є найважливішою складовою частиною технології географічних інформаційних систем. Просторова інформація ГІС містить метричну частину, що описує позиційні властивості об'єктів, а також пов'язані з нею змістовні (семантичні, тематичні) атрибути, чи просто - «атрибути», як їх прийнято називати в англомовній науковій літературі. Сучасні технології введення просторових даних у комп'ютер, їх інтерпретації і збереження передбачають поелементний поділ змісту існуючих карт. Для введення, наприклад, топографічної карти необхідно здійснити її поділ на шари («теми») однорідної інформації, що містять дані про рельєф, гідрографічну мережу, населені пункти, дорожну мережу, адміністративні межі та ін. Банки картографічних даних у ГІС, таким чином, містять однорідні шари інформації, що, однак, можуть поєднуватися засобами ГІС один з одним у різному співвідношенні відповідно до вимог розв'язуваних завдань. З урахуванням того, що банк картографічних даних у ГІС може містити сотні шарів однорідної просторової інформації, це відкриває широкі можливості для побудови первинних оригіналів поелементних карт на основі шарів однорідних картографічних даних, що зберігаються в комп'ютері.
9. Один з важливих перших кроків у створенні ГІС - вибір системи координат, які разом з масштабом, еліпсоїдом і проекцією є частиною математичної основи карти і ГІС в цілому. Розуміти такі терміни як «система координат», «проекція» також надзвичайно важливо для обміну інформацією з іншими ГІС. Об'єкти на карті пов'язані з реальними об'єктами на місцевості за допомогою просторових координат. Місцезнаходження об'єктів на поверхні землі визначається за допомогою географічних координат.
Системи координат в яких здійснюється введення даних і робота в ГІС можуть відрізнятися від систем координат виведення. Наприклад оцифровка матеріалів може проводитися в одній проекції, а складання макета карти і висновок даних на друк - в інший.
Існує 2 типу систем координат: географічні системи координат і спроектовані системи координат. Географічна система координат використовує сферичні (тобто тривимірні) кутові географічні координати (широту і довготу) базуються одному з еліпсоїдів (наприклад, WGS 1984 або еліпсоїді Красовського).
Спроектована система координат - прямокутна система, з початком координат в певній точці, найчастіше має координати 0,0. Спроектована система координат пов'язана з географічної набором спеціальних формул - проекцією.
Також існує локальна система координат.
Не прив'язані дані знаходяться в так званій локальній системі координат, яка також є прямокутною (у неї також є початок координат і осі), але не має прямого зв'язку з географічною системою, тобто прямий перерахунок з неї в географічну за допомогою проекції неможливий (приклад таких даних - відсканована карта). Тобто, отримавши дані в спроектованій системі координат, але не знаючи в якій саме системі ці дані знаходяться, можна також говорити, що дані знаходяться в локальній системі координат.
10. Для просторового прив'язування і копіювання даних при побудові багатьох картографічних баз даних, включаючи тематичні карти і цифрові моделі рельєфу, використовуються топографічні карти — загальногеографічні карти універсального призначення, що докладно зображують місцевість. Топографічні карти поділяють на великомасштабні (1:50000 і більше), середньомасштабні (1:100000 — 1:500000, рис. 5.1) і дрібномасштабні, або оглядово-топографічні (дрібніше 1:500000). У кожній країні існує офіційно прийнята державна система картографічних проекцій, масштабів, розграфлення і номенклатури карт та умовних знаків для топографічних карт. Великомасштабні топографічні карти (1:50000, 1:25000 і 1:10000) створюються за матеріалами польових топографічних зйомок, а всі інші — складаються камерально за більш великомасштабними картами.
Цифрові карти масштабу 1:10000, 1:2000, 1:500 застосовуються для планів міст, промислових і видобувних підприємств.
Карти масштабу 1:1000000, 1:500000, 1:200000 використовуються для зображення територій континентів, окремих держав і адміністративних складових державні устрої.
Цифрові карти масштабом 1:1000000 і 1:3000000 застосовуються як оглядові на території континентів і увесь світ.
Похідні масштаби карт застосовуються для спеціальних рішень на окремі ділянки територій.
11. Картографічні проекції – це математично визначені способи зображення земної поверхні на карті. Залежно від характеру і розмірів спотворень розрізняють проекції рівнокутні, рівновеликі й довільні; за видом допоміжної поверхні – циліндричні, конічні та азимутальні.
Картографічна
проекція задається математичним законом,
що встановлює однозначний зв'язок між
координатами математичної поверхні
Землі і відповідними плоскими координатами
цих же точок у зображенні. Цей математичний
закон записується у вигляді рівнянь
картографічної проекції.
В загальному
випадку рівняння картографічних проекцій
мають вигляд:
де
φ і λ - географічні координати точки на
математичній поверхні Землі;
х і у
- прямокутні координати зображення цієї
точки в площині в проекції.
12. Карти складають на великі території земної поверхні. Для зручності користування їх видають окремими аркушами. Поділ карти паралелями та меридіанами на окремі аркуші, зручні у користуванні, називається розграфленням карти, а літерні та цифрові позначення, які вказують на місцезнаходження аркуша карти на земній поверхні та його масштаб, – номенклатурою.
Сутність розграфлення карт полягає у наступному. Вся поверхня Землі поділяється паралелями через 4° на горизонтальні (широтні) ряди, які називають поясами, а меридіанами – через 6° на вертикальні колони. Сторони трапецій служать межами аркушів карти масштабу 1:1 000 000.
13. Картографічне зображення (cartographical imagery) - це основний елемент будь-якої карти, що за допомогою графічних та інших засобів розкриває її зміст. Перше завдання картографічного зображення правильно передати інформацію про земну поверхність (її окрему ділянку), про природні та суспільні явища, що на ній відбуваються, до користувача. По-друге, картографування певної території та явищ на ній може виконуватися з метою пошуку певних взаємозв'язків та закономірностей. Тому правильний вибір способів, за допомогою яких на карті буде передаватися інформація про ті чи інші об'єкти та явища, їх положення, форму, розміри, якісні ознаки та динаміку, визначає такі фундаментальні характеристики карти як наглядність та читанність карти, і як наслідок її придатність для використання за тією метою, для якої вона була створена.
До основних способів картографічного зображення відносять:
спосіб значків;
спосіб лінійних знаків;
спосіб ареалів;
спосіб знаків руху;
спосіб ізоліній;
спосіб крапок;
спосіб кількісного фону;
спосіб якісного фону;
спосіб картограм;
спосіб картодіаграм;
спосіб локалізованих діаграм;
спосіб тіньової пластики;
спосіб перспективного зображення;
спосіб гіпсометричного забарвлення.
Умовні позначення на карті — графічні символи й знаки, якими на картах позначають розташування різних об’єктів і явищ, а також їх якісні й кількісні характеристики. Умовні позначення можна поділити па чотири групи: контурні, значкові, лінійні та пояснювальні.
14. Банк даних (БнД) - це система спеціально організованих даних, програмних, мовних, організаційних і технічних засобів, призначених для централізованого накопичення та колективного багатоцільового використання даних. Бази даних (БД) - це іменована сукупність даних, що відображає стан об'єктів та їх відносини в аналізованої предметної області. Характерною рисою баз даних є сталість: дані постійно накопичуються та використовуються; склад і структура даних, необхідні для вирішення тих чи інших прикладних завдань, зазвичай постійні й стабільні в часі; окремі або навіть всі елементи даних можуть змінюватися - але і це є прояви сталості - постійна актуальність. Банк даних розглядають як інформаційно-довідкову систему, основним призначенням якої є
накопичення та підтримка в робочому стані сукупності відомостей, які складають інформаційну базу всієї автоматизованої системи або деякого набору задач, які в ній розв'язуються; видача потрібних задачі або користувачу даних;
забезпечення колективного доступу до інформації, яка в ній зберігається;
забезпечення необхідного керування використанням відомостей, які містяться в інформаційній базі.
15 системи керування базами даних
Систе́ма управлі́ння ба́зами да́них (СУБД) — комплекс програмного забезпечення, що надає можливості створення, збереження, оновлення та пошуку інформації в базах даних з контролем доступу до даних. Основні характеристики СКБД]
Контроль за надлишковістю даних
Несуперечливість даних
Підтримка цілісності бази даних (коректність та несуперечливість)
Цілісність описується за допомогою обмежень
Незалежність прикладних програм від даних
Спільне використання даних
Підвищений рівень безпеки
Можливості СКБД
Дозволяється створювати БД (здійснюється за допомогою мови визначення даних
Дозволяється додавання, оновлення, видалення та читання інформації з БД (за допомогою мови маніпулювання даними DML, яку часто називають мовою запитів)
Можна надавати контрольований доступ до БД за допомогою:
Системи забезпечення захисту, яка запобігає несанкціонованому доступу до БД;
Системи керування паралельною роботою прикладних програм, яка контролює процеси спільного доступу до БД;
Система відновлення — дозволяє відновлювати БД до попереднього несуперечливого стану, що був порушений в результаті збою апаратного або програмного забезпечення
16 Основні типи даних що можуть використовуватись у сучасному скбд
Спочатку СКБД застосовувалися переважно для вирішення фінансово-економічних завдань. При цьому, незалежно від моделі подання, в базах даних використовувалися такі основні типи даних: • числові. Приклади значень даних: 0.43, 328, 2Е+5; • символьні (алфавітно-цифрові). Приклади значень даних: "п'ятниця", "рядок", "програміст"; • дати, що задаються за допомогою спеціального типу "Дата" або як звичайні символьні дані. Приклади значень даних: 1.12.97, 23/2/1999. У різних СКБД ці типи могли неістотно відрізнятися один від одного за назвою, діапазоном значень і виду подання. Згодом у нових галузях застосування стали з'являтися спеціалізовані системи обробки даних, наприклад геоінформаційні, обробки відеозображень і т.д.. У зв'язку з цим розробники стали вводити в традиційні СКБД нові типи даних. До числа порівняно нових типів даних можна віднести наступні: • часові і дата-часові, призначені для зберігання інформації про час і / або дату. Приклади значень даних: 31.01.85 (дата), 9:10:03 (час), 6.03.1960 12:00:07 (дата і час); • символьні змінної довжини, призначені для зберігання текстової інформації великої довжини, наприклад документа; • виконавчі, призначені для зберігання графічних об'єктів, аудіо- та відеоінформації, просторової, хронологічної та іншої спеціальної інформації. Наприклад, в MS Access таким типом є тип даних "Поле об'єкту OLE", який дозволяє зберігати в БД графічні дані у форматі BMP (Bitmap) і автоматично їх відображати при роботі з БД; • гіперпосилання (hyperlinks), призначені для зберігання посилань на різні ресурси (вузли, файли, документи і т. д.), що знаходяться поза базою даних, наприклад, в мережі Інтернет, корпоративної мережі інтранет або на жорсткому диску комп'ютера. Приклади значень даних: http://google.com, http:// www.khnu.km.ua. У сучасних СКБД з різними моделями даних можуть використовуватися всі перераховані типи даних
17 Ієрархічна та мережева модель даних
В ієрархічній моделі даних інформацію про об'єкти предметної галузі подають у вигляді дерева. Це сукупність об’єктів різного рівня, причому об’єкти нижнього рівня підпорядковані об’єктам верхнього рівня. Усі вершини дерева мають певні рівні. На найвищому (першому) рівні знаходиться тільки одна вершина, яка називається коренем дерева — вузлом. Вона з'єднується ребрами з усіма вершинами, що знаходяться на наступному — другому рівні, і лише з ними. Вершини другого рівня з'єднуються з вершинами третього рівня ребрами так, що кожна вершина третього рівня з'єднана тільки з однією вершиною другого рівня, і т. д.
У мережевій моделі БД основною структурою є мережі, тобто довільні графи, у вершинах яких записано деяку інформацію, а ребра відповідають зв'язкам між вершинами (граф — це математична конструкція, що складається з вершин і ребер). Кожне ребро з'єднує дві вершини.
Мережева база даних відрізняється більшою гнучкістю, оскільки в ній існує можливість встановлювати додатково до вертикальних ієрархічних зв'язків горизонтальні зв'язки. Це полегшує процес пошуку потрібних елементів даних, оскільки вже не вимагає обов'язкового проходження кількох ієрархічних рівнів.